【発明の詳細な説明】
走査プローブ顕微鏡学のための処理方法
および検出プローブを備えた走査プローブ顕微鏡
この発明は、物体の表面構造を原子の分解能まで検出できるプローブを用いる
走査プローブ顕微鏡学のための処理方法に関する。このプローブはプローブ保持
部に固定され、検出すべき表面に対して相対的に移動する。その場合、表面構造
を特徴付ける構造信号が発生し、この信号は信号再現のため記録装置や表示装置
に伝送される。この発明は、検出プローブを備えた走査プローブ顕微鏡にも関す
る。
走査プローブ顕微鏡学、特に走査トンネル顕微鏡学あるいは走査力顕微鏡学の
ための処理方法は周知である。走査トンネル顕微鏡学では、原子的な表面構造を
認識するためトンネル効果を利用する。走査力顕微鏡学では、表面を検出するた
めファンデヤワールス力あるいは磁力あるいは静電力の局部変化を利用する。両
方の場合、検出にはプローブチップ（走査針）を使用し、解析すべき物体表面を
検査（走査）する場合にチップの動きを測定する。
走査トンネル顕微鏡ではプローブチップと物体表面との間でトンネル電流を一
定に維持してプローブの動きが得られ、走査力顕微鏡ではプローブチップへ所定
のファンデヤワールス力あるいは磁力あるいは静電力を作用させることによりプ
ローブの動きが生じる。
プローブチップの動きを調べるには、非常に敏感な検出器として、干渉レーザ
ー光により0.01nm以下の間隔変化を測定できるガラス繊維干渉計（ファブリーペ
ロー干渉計）が知られている。この場合、レーザービームの光導波路にガラス繊
維が使用されている。これ等のガラス繊維は、レーザー光をカプラーを介して物
体表面を走査するプローブチップに導くように、双方向性の単一モードガラスカ
プラーに接続されている。この場合、光ビームはガラス繊維の端部でガラス繊維
と空気の境界部で反射する光成分と、ガラス繊維から出て、プローブ表面に向か
い、そこで反射する光成分とに分離する。ガラス繊維の端部とプローブは、プロ
ーブ表面で反射する光ビーム成分が再びガラス繊維に進入し、このガラス繊維
中でガラス繊維の端部で反射した光ビーム成分と干渉するように互いに配置され
ている。この方法で発生した干渉信号はガラス繊維の端部と反射するプローブ表
面との間の所定の間隔の目安として利用される。
間隔変化やプローブチップの動きの干渉測定は高い分解能を示す。しかし、分
解能の良さは、プローブ保持部の機械的な振動や検査する物体に対する機械的な
振動に起因する擾乱振動が小さいため、あるいは温度ドリフトが異なるため著し
く影響を受ける。このような擾乱の影響は今まで経費のかかる除振装置や走査プ
ローブ顕微鏡のコンパクトな構造により抑制されていた。しかし、特に衝撃的に
発生する空気振動、例えば衝撃音による擾乱はこの方法では未だ十分抑制するこ
とができない。
この発明の課題は、プローブと検査すべき物体表面との間で避けがたい擾乱振
動や温度ドリフトをなくする走査プローブ顕微鏡学のための測定方法を提供する
ことにある。
上記の課題は、冒頭に述べた走査プローブ顕微鏡学のための処理方法の場合、
請求の範囲第１項に提示する構成により解決されている。この構成により、プロ
ーブから出力される測定信号には、表面構造を特徴付ける構造信号のみが表示部
に達するように、プローブ保持部と検査すべき物体との間の相対運動を記録する
擾乱信号が接続されている。この方法は、特に走査プローブ顕微鏡のプローブと
検査すべき物体が互いに無関係に支承されるところに有利に採用される。その場
合、プローブと物体が擾乱振動あるいは温度ドリフトで相対的に互いに動く。擾
乱信号として測定すべき表面構造を分解しない信号を使用し、構造信号に無関係
な測定量として使用すると効果的である、請求の範囲第２項。この種の擾乱信号
は、構造信号が測定すべき物体の表面状況を特徴付ける測定量として顕著になる
ように、プローブから出力された信号に簡単に重畳させることができる。
請求の範囲第３項によれば、プローブと検査すべき物体の間の相対運動をレー
ザービームの干渉強度変化により求めると好ましい。物体の表面構造が既に干渉
測定されているなら、プローブと物体の間の相対運動を干渉測定することはそれ
とば別に行うことができる、請求の範囲第４項。両方の光信号を電子信号に変換
でき、構造信号を処理して表示する記録装置に導入することができる。しかし、
光信号に対して干渉処理もできるので、構造信号のみを電子的に変換することが
できる。
以下では、この発明による方法を実施するのに適している、請求の範囲第５〜
７項の内容でもある走査プローブ顕微鏡に基づき、この発明およびこの発明の他
の構成をより詳しく説明する。図面は走査プローブ顕微鏡の実施例を模式図にし
て示す。ここで、
第１図に、干渉測定式の走査プローブ顕微鏡、
第２図に、第１図の走査プローブ顕微鏡の干渉計、
第３図に、光導波路（ガラス繊維）と検査すべき物体の表面との間の間隔に依
存する光強度の変化、
が示してある。
第１図は走査プローブ顕微鏡として模式的に湾曲バネ１を有する走査力顕微鏡
を示し、このバネはその端部で試料ホルダー２に固定連結し、接続されている。
そして、接続されていない他端で図に模式的に示す検出プローブ３としてのプロ
ーブチップを担持している。この試料ホルダー２は測定ヘッド４に固定され、こ
のヘッドは顕微鏡ブリッジ５により検出すべき物体６に対して相対的に移動する
。この場合、検出プローブ３は、湾曲バネ１が物体の表面７で検出プローブ３に
作用する力（ファンデルワールス力、磁力あるいは静電力）に応じて傾くように
、この物体の表面７上を物体６に接触することなく移動する。
この実施例では、湾曲バネ１の傾きと顕微鏡ブリッジ５の位置は物体６に対し
て干渉測定される。このため、ガラス繊維８が測定ヘッド４を貫通し、測定ヘッ
ド４と同じように顕微鏡ブリッジ５に位置固定された測定ヘッド４ａをレーザー
光ビーム用の光導体としてのガラス繊維９が貫通している。
この実施例では、ガラス繊維８を通過するレーザー光は検出プローブ３が物体
表面７上を移動（走査）する間に所定の湾曲バネの傾きを決めるために使用さえ
っる。それ故、ガラス繊維８はガラス繊維８から出るレーザー光ビーム成分が鏡
面仕上げされた表面領域で湾曲バネの裏側に入射して、反射し、ガラス繊維８に
再び入射するように、湾曲バネ１から一定の距離に離してある。入射した光ビー
ム成分はガラス繊維８内で、ガラス繊維端部と空気の境界層のガラス繊維８の端
部で反射されるレーザー光ビーム成分と干渉する。両方の光ビーム成分の干渉で
生じる干渉値はガラス繊維の端部と湾曲バネの表面との間の間隔の目安であり、
干渉の変化は湾曲バネ１の傾きの変化に相当する。この実施例では、ガラス繊維
８は、干渉値を測定する干渉計１０に接続している。
この実施例で測定ヘッド４aを貫通するガラス繊維９を経由して、顕微鏡ブリ
ッジ５あるいは測定ヘッド４aと物体の表面７との間の位置を測定するためにレ
ーザー光が導入される。このため、ガラス繊維９はガラス繊維の端部から出たレ
ーザー光ビーム成分が物体の表面７で反射し、ガラス繊維９に戻されるように、
物体の表面７の上に所定の間隔で終わる。ガラス繊維９に入射する光ビーム成分
がここでガラス繊維９のガラス繊維の端部と空気の境界で反射する光ビーム成分
と干渉する。この場合、生じた干渉値は顕微鏡ブリッジ５に固定された測定ヘッ
ド４aの位置と物体の表面７に対する間隔１１を表す。ガラス繊維９は、この実
施例の場合、第二の干渉計１２に接続し、この干渉計で発生した干渉が間隔値と
して測定される。
検出プローブ３の走査運動で測定ヘッド４と物体の表面７の間の間隔１１が一
定に維持されていると、干渉計１２で測定された干渉値も変化しない。この場合
、干渉計１０で測定された干渉値は、物体の表面７で検出プローブ３に作用する
力のため、湾曲バネ１の傾きに正確に一致する。干渉の各変化は物体の表面の形
態的な変化、あるいは磁気あるいは静電的な領域の変化を再現する。
走査運動で、測定ヘッド４と４aを有する顕微鏡ブリッジ５と物体の表面７と
の間の相対運動による乱れが生じると、干渉計１２により干渉の変化が確認され
る。この変化は干渉計１０により同時に測定される干渉値に導入され、湾曲バネ
の運動と試料表面の状況とに対応する測定値のみが新たに表示部に達する。測定
ヘッド４aと物体の表面７との間の間隔の増大が干渉計１２により確認されると
、干渉計１０で測定された物体の表面の検出の値が間隔増大の値ほど小さくなり
、干渉計１２により測定ヘッド４aと物体の表面７との間の間隔減少が確認され
ると、干渉計１０により測定された物体の表面を検出する値が増大する。
第２図には、干渉計１０，１２の一方、この実施例の場合、干渉計１０が模式
的に示してある。この干渉計の構造はファブリーペロー式干渉計に相当し、この
干渉計で0.01nm以下の間隔変化を測定できる。
レーザーダイオード１３中で発生したレーザー光ビームを分岐させるため、こ
の干渉計１０では、双方向2×1単一モード繊維カプラー１４が使用される。この
カプラーによりレーザーダイオード１３中で発生したレーザー光がガラス繊維１
５を経由して湾曲バネ１の鏡面仕上げされた裏側に導入される。このレーザー光
はここで反射され、ガラス繊維８に再入射した後、ガラス繊維の端部のガラス繊
維端部と空気の境界部で反射したレーザー光ビーム成分と干渉する。ガラス繊維
８に戻った干渉ビームは単一モード繊維カプラー１４により取り出され、ガラス
繊維１６を介してＰＩＮダイオード１７に導入される。
ＰＩＮダイオード１７では、レーザー光ビーム信号が電気信号に変換され、電
子スイッチング素子１８（割算器と演算増幅器を有する）中で規格化され増幅さ
れる。干渉計１０によりこのように得られた電気信号は、ガラス繊維８の端部と
湾曲バネ１の鏡面仕上げされた裏面との間の間隔の目安となる。
湾曲バネ１がガラス繊維８の端部に対して相対的に移動すると、光強度は周期
λ/2で振動するので、干渉の変化２１が直線信号領域２２内で最も敏感に検出さ
れる、第３図参照。それ故、干渉計１０に付属する制御器１９（ＰＩＤ制御器）
は、干渉の変化が直線信号範囲２２内で測定できるように、湾曲バネ１の検出プ
ローブ３と検出すべき物体の表面７との間の平均間隔を調整する。
測定ヘッド４aと物体の表面７との間の間隔を測定するために使用される干渉
計１２は、第２図に示す干渉計１０と同じように形成されている。今度はガラス
繊維８の代わりに、ガラス繊維９が干渉計に接続している。
干渉計１２から出力する干渉信号は、物体の表面７に同等な信号のみが第１図
に模式的に示す表示装置２０に表示されるように、干渉計１０の干渉信号に導入
される（加算あるいは減算される）。
こうして、走査プローブ顕微鏡の特別な防振や温度補償を省くことができる。
この発明による顕微鏡法により、より広い面積の試料を調べるために大きな構造
の顕微鏡も使用できる。Detailed Description of the Invention
Processing methods for scanning probe microscopy
And scanning probe microscope with detection probe
This invention uses a probe that can detect the surface structure of an object down to atomic resolution.
A processing method for scanning probe microscopy. This probe holds the probe
It is fixed to the part and moves relative to the surface to be detected. In that case, the surface structure
A structural signal is generated that characterizes the
Is transmitted to The invention also relates to a scanning probe microscope with a detection probe.
You.
Scanning probe microscopy, especially scanning tunneling microscopy or scanning force microscopy.
The processing method for is well known. Scanning tunneling microscopy reveals atomic surface structures.
Uses the tunnel effect for recognition. Scanning force microscopy can detect the surface
Therefore, local changes in van der Waals force, magnetic force, or electrostatic force are used. Both
In the case of one, the probe tip (scanning needle) is used for detection, and the object surface to be analyzed
When inspecting (scanning), the chip movement is measured.
In a scanning tunneling microscope, the tunnel current is made uniform between the probe tip and the object surface.
The probe movement can be obtained by maintaining a constant value, and the probe tip can be
By applying the van der Waals force or magnetic force or electrostatic force of
Lobe movement occurs.
An interferometric laser can be used as a very sensitive detector to probe probe tip motion.
-Glass fiber interferometer (fabric
Low interferometer) is known. In this case, a glass fiber is used for the optical waveguide of the laser beam.
We are used. These glass fibers are used to direct laser light through a coupler.
A bi-directional, single-mode glass cover to guide the probe tip to scan the body surface.
Connected to the puller. In this case, the light beam is at the end of the glass fiber
And the light component reflected at the boundary between air and air, and emitted from the glass fiber and directed toward the probe surface.
The light component reflected there is separated. The glass fiber end and probe should be
The light beam component reflected by the surface of the tube enters the glass fiber again,
Are arranged in such a way that they interfere with the light beam components reflected at the ends of the glass fibers
ing. The interference signal generated by this method is reflected by the end of the glass fiber and the probe surface.
It is used as a guide for a predetermined distance from the surface.
Interferometric measurements of spacing changes and probe tip movements show high resolution. But minutes
Good resolving power is due to mechanical vibration of the probe holding part and mechanical
Because the disturbance vibration caused by the vibration is small or the temperature drift is different,
Will be affected. The effects of such disturbances have hitherto been costly vibration isolation devices and scanning tools.
It was suppressed by the compact structure of the lobe microscope. But especially shocking
Disturbances caused by air vibrations, such as impact noise, can still be sufficiently suppressed by this method.
I can't.
The object of the present invention is to create an unavoidable disturbance between the probe and the surface of the object to be inspected.
Provides a measurement method for scanning probe microscopy that eliminates motion and temperature drift
It is in.
In the case of the processing method for scanning probe microscopy described at the beginning, the above problems are
This has been solved by the configuration presented in claim 1. With this configuration,
Of the measurement signals output from the probe, only the structural signals that characterize the surface structure are displayed.
The relative movement between the probe holder and the object to be inspected so that
The disturbance signal is connected. This method is especially useful for scanning probe microscope probes.
It is advantageously employed where the objects to be inspected are mounted independently of each other. On the spot
In this case, the probe and the object move relative to each other due to disturbance vibration or temperature drift. Sword
Uses a signal that does not decompose the surface structure to be measured as a disturbance signal and is independent of the structure signal
Claim 2 which is effective when used as a variable measure. This kind of disturbance signal
Becomes prominent as a measurand whose structural signal characterizes the surface condition of the object to be measured
Thus, it can be easily superimposed on the signal output from the probe.
According to claim 3, the relative movement between the probe and the object to be inspected is calculated.
It is preferable to obtain it by changing the interference intensity of the Zar beam. The surface structure of the object already interferes
If measured, it is interferometric to measure the relative motion between the probe and the object.
Claim 4, which can be done separately. Converts both optical signals into electronic signals
Therefore, it can be introduced into a recording device for processing and displaying the structural signal. But,
Since interference processing can be performed on optical signals, only structural signals can be converted electronically.
it can.
In the following, claims 5 to 5, which are suitable for carrying out the method according to the invention
Based on the scanning probe microscope which is also the content of paragraph 7,
The configuration will be described in more detail. The drawing is a schematic diagram of an embodiment of the scanning probe microscope.
Shown. here,
FIG. 1 shows an interferometric scanning probe microscope,
FIG. 2 shows an interferometer of the scanning probe microscope of FIG.
Figure 3 shows the distance between the optical waveguide (glass fiber) and the surface of the object to be inspected.
Change in existing light intensity,
Is shown.
FIG. 1 is a scanning force microscope having a curved spring 1 as a scanning probe microscope.
This spring is fixedly connected and connected to the sample holder 2 at its end.
Then, at the other end which is not connected, a professional as a detection probe 3 schematically shown in the drawing is shown.
It carries a probe tip. This sample holder 2 is fixed to the measuring head 4 and
Head moves relative to the object 6 to be detected by the microscope bridge 5.
. In this case, the detection probe 3 has the curved spring 1 attached to the detection probe 3 on the surface 7 of the object.
To tilt according to the acting force (van der Waals force, magnetic force or electrostatic force)
, And moves on the surface 7 of this object without contacting the object 6.
In this embodiment, the inclination of the bending spring 1 and the position of the microscope bridge 5 are set with respect to the object 6.
Interference measurement. Therefore, the glass fiber 8 penetrates the measuring head 4 and the measuring head
The measurement head 4a fixed to the microscope bridge 5 in the same way as the laser
A glass fiber 9 as a light conductor for the light beam penetrates.
In this embodiment, the laser light passing through the glass fiber 8 is detected by the detection probe 3 as an object.
Even used to determine the tilt of a given curved spring while moving (scanning) on the surface 7.
No Therefore, the glass fiber 8 is such that the laser beam component emitted from the glass fiber 8 is a mirror.
It is incident on the back side of the curved spring in the surface area that has been surface-finished, and is reflected by the glass fiber 8.
It is separated from the curved spring 1 by a certain distance so that it is incident again. Incident light bee
The glass component is inside the glass fiber 8 and the end of the glass fiber 8 in the boundary layer between the glass fiber end and the air.
Interferes with the laser beam component reflected by the section. The interference of both light beam components
The resulting interference value is a measure of the distance between the end of the glass fiber and the surface of the curved spring,
The change in the interference corresponds to the change in the inclination of the bending spring 1. In this example, glass fiber
8 is connected to an interferometer 10 for measuring an interference value.
In this embodiment, the microscope bristle is passed through the glass fiber 9 penetrating the measuring head 4a.
To measure the position between the edge 5 or the measuring head 4a and the surface 7 of the object.
Laser light is introduced. For this reason, the glass fiber 9 will be discharged from the end of the glass fiber.
So that the laser light beam component is reflected by the surface 7 of the object and returned to the glass fiber 9,
It ends on the surface 7 of the object at predetermined intervals. Light beam component incident on glass fiber 9
Here, the light beam component reflected at the boundary between the end of the glass fiber of the glass fiber 9 and the air
Interfere with. In this case, the generated interference value is measured by the measurement head fixed to the microscope bridge 5.
A position 11 of the edge 4a and the surface 7 of the object is shown. Glass fiber 9 is this fruit
In the case of the embodiment, it is connected to the second interferometer 12, and the interference generated by this interferometer is regarded as the interval value.
Then measured.
Due to the scanning movement of the detection probe 3, the distance 11 between the measuring head 4 and the surface 7 of the object is
If it is kept constant, the interference value measured by the interferometer 12 also does not change. in this case
The interference value measured by the interferometer 10 acts on the detection probe 3 on the surface 7 of the object.
Due to the force, it exactly matches the tilt of the bending spring 1. Each change in interference is the shape of the surface of the object
It reproduces a change in state or a change in a magnetic or electrostatic region.
In a scanning movement, the microscope bridge 5 with the measuring heads 4 and 4a and the surface 7 of the object
When the disturbance due to the relative motion between the
You. This change is introduced into the interference value measured simultaneously by the interferometer 10 and the bending spring
Only the measured values corresponding to the movement of the object and the condition of the sample surface newly reach the display section. Measurement
When an increase in the distance between the head 4a and the surface 7 of the object is confirmed by the interferometer 12.
, The value of the detection of the surface of the object measured by the interferometer 10 becomes smaller as the value of the interval increase becomes smaller.
, The interferometer 12 confirms the reduction of the distance between the measuring head 4a and the surface 7 of the object.
Then, the value for detecting the surface of the object measured by the interferometer 10 increases.
In FIG. 2, one of the interferometers 10 and 12, in the case of this embodiment, the interferometer 10 is schematically shown.
It is shown in the figure. The structure of this interferometer is equivalent to the Fabry-Perot interferometer.
An interferometer can measure changes in the distance of 0.01 nm or less.
In order to split the laser light beam generated in the laser diode 13,
In the interferometer 10 of, a bidirectional 2 × 1 single mode fiber coupler 14 is used. this
The laser light generated in the laser diode 13 by the coupler is the glass fiber 1
It is introduced via 5 into the mirror-finished back side of the bending spring 1. This laser light
Is reflected here, and after re-incident on the glass fiber 8, the glass fiber at the end of the glass fiber
It interferes with the laser light beam component reflected at the boundary between the edge and the air. Glass fiber
The interfering beam returning to 8 is extracted by the single mode fiber coupler 14 and
It is introduced into the PIN diode 17 via the fiber 16.
In the PIN diode 17, the laser light beam signal is converted into an electric signal, and the electric signal is converted into an electric signal.
It is standardized and amplified in the child switching element 18 (having a divider and an operational amplifier).
It is. The electrical signal thus obtained by the interferometer 10 is the same as the end of the glass fiber 8.
It serves as a guide for the distance between the curved spring 1 and the mirror-finished back surface.
When the bending spring 1 moves relative to the end portion of the glass fiber 8, the light intensity becomes periodic.
Since it vibrates at λ / 2, the change 21 of interference is detected most sensitively in the linear signal area 22.
See Figure 3. Therefore, the controller 19 (PID controller) attached to the interferometer 10
Allows the bending spring 1 to detect the change in interference within the linear signal range 22.
Adjust the average spacing between the lobe 3 and the surface 7 of the object to be detected.
Interference used to measure the distance between the measuring head 4a and the surface 7 of the object
The total 12 is formed in the same manner as the interferometer 10 shown in FIG. This time glass
Instead of fiber 8, glass fiber 9 is connected to the interferometer.
As for the interference signal output from the interferometer 12, only a signal equivalent to the surface 7 of the object is shown in FIG.
Introduced into the interference signal of the interferometer 10 as displayed on the display device 20 schematically shown in FIG.
(Added or subtracted).
In this way, special vibration isolation and temperature compensation of the scanning probe microscope can be omitted.
By the microscopy method according to the present invention, a large structure can be used for examining a large area sample.
The microscope of can also be used.
【手続補正書】特許法第１８４条の８
【提出日】１９９５年１２月１９日
【補正内容】
明細書
検出プローブを備えた走査プローブ顕微鏡
この発明は、物体の表面構造を原子の分解能まで検出できるプローブを備えた
走査プローブ顕微鏡に関する。このプローブはプローブ保持部に固定され、検出
すべき表面に対して相対的に移動する。その場合、表面構造を特徴付ける構造信
号が発生し、この信号が信号を再現するため記録・表示装置に伝送される。
走査プローブ顕微鏡、特に走査トンネル顕微鏡あるいは走査力顕微鏡は周知で
ある。走査トンネル顕微鏡では、原子的な表面構造を認識するためトンネル効果
を利用し、走査力顕微鏡では、表面を検出するためファンデヤワールス力あるい
は磁力あるいは静電力の局部変化を求める。両方の場合、検出にはプローブチッ
プ（走査針）を使用し、解析すべき物体表面を検査（走査）する場合にチップの
動きを測定する。
走査トンネル顕微鏡ではプローブチップと物体表面との間でトンネル電流を一
定に維持してプローブの動きが得られ、走査力顕微鏡ではプローブチップへ所定
のファンデヤワールス力あるいは磁力あるいは静電力を作用させることによりプ
ローブの動きが生じる。
プローブチップの動きを調べるには、非常に敏感な検出器として、干渉レーザ
ー光により0.01nm以下の間隔変化を測定できるガラス繊維干渉計（ファブリーペ
ロー干渉計）が知られている。この場合、レーザービームの光導波路にガラス繊
維が使用されている。これ等のガラス繊維は、レーザー光をカプラーを介して物
体表面を走査するプローブチップに導くように、双方向性の単一モードガラスカ
プラーに接続されている。この場合、光ビームはガラス繊維の端部でガラス繊維
と空気の境界部で反射する光成分と、ガラス繊維から出て、プローブ表面に向か
い、そこで反射する光成分とに分離する。ガラス繊維の端部とプローブは、プロ
ーブ表面で反射する光ビーム成分が再びガラス繊維に進入し、このガラス繊維中
でガラス繊維の端部で反射した光ビーム成分と干渉するように互いに配置されて
いる。この方法で発生した干渉信号はガラス繊維の端部と反射するプローブ表面
との間の所定の間隔の目安として利用される。
間隔変化やプローブチップの動きの干渉測定は高い分解能を示す。しかし、分
解能の良さは、プローブ保持部の機械的な振動や検査する物体に対する機械的な
振動に起因する擾乱振動が小さいため、あるいは温度ドリフトが異なるため、著
しく影響を受ける。このような擾乱の影響は今まで経費のかかる除振装置や走査
プローブ顕微鏡のコンパクトな構造により抑制されていた。しかし、特に衝撃的
に発生する空気振動、例えば衝撃音による擾乱はこの方法では未だ十分抑制する
ことかできない。
このような擾乱を除去するため、“IBM Technical Disclosure Bulletin”，V
ol.35，No．3，1992により、二ビーム干渉計を使用することが知られている。そ
して、欧州特許第 A 0 361 932号明細書により、試料とホルダーの間の間隔を補
償する可能性を持って二つの走査電極を使用することが知られている。しかし、
このような構成は記録装置に導入する測定量を評価する時に大変な経費を必要と
する。
この発明の課題は、プローブと検査すべき物体表面との間の避けがたい擾乱振
動や温度ドリフトを簡単に除去する走査プローブ顕微鏡を提供することにある。
上記の課題は、冒頭に述べた走査プローブ顕微鏡の場合、請求の範囲第１項に
提示する処置により解決されている。この構成により、プローブから出力された
測定信号に、プローブ保持部と検査すべき物体との間の相対運動を記録する擾乱
信号が導入される。この場合、擾乱信号を求めるため、測定量が構造信号に無関
係となる干渉計が使用される。表示部には、表面構造を特徴付ける構造信号のみ
が到達する。この構成は、走査プローブ顕微鏡のプローブと検査すべき物体が互
いに無関係に支承されているところ、プローブと物体が擾乱振動あるいは温度ド
リフトのある場合、必ず相対運動するところで特に有利である。擾乱信号として
測定すべき表面構造を分解しない信号を使用すると効果的である。この種の擾乱
信号は、構造信号が測定すべき物体の表面状況を特徴付ける測定量として明確に
なるように、プローブから出力された構造信号と簡単に重ねることができる。
プローブと検査すべき物体の間の相対運動をレーザービームの干渉による強度
変化で測定すると効果的である。物体の表面構造が既に干渉により測定されてい
るのであれば、プローブと物体の間の相対運動を干渉で求めることを表面構造と
別に行うと効果的である。構造信号を求めるため検出プローブを担持する湾曲バ
ネを備えた走査力顕微鏡の場合、二つのレーザービーム干渉計を使用し、一方が
湾曲ビームの傾きを測定するために、また他方が擾乱信号を測定するために使用
されると有利である、請求の範囲第２項。両方の光信号を電子信号に変換するこ
とができ、構造信号を処理して表示する記録装置に導入できる。しかし、光信号
に対して干渉による導入も可能であるので、構造信号のみを電子式に変換するこ
とができる。
以下では、この発明およびこの発明の他の構成を実施例に基づきより詳しく説
明する。図面は走査プローブ顕微鏡の実施例を模式図にして示す。ここで、
第１図に、干渉測定式の走査プローブ顕微鏡、
第２図に、第１図の走査プローブ顕微鏡の干渉計、
第３図に、光導波路（ガラス繊維）と検査すべき物体の表面との間の間隔に依
存する光強度の変化、
が示してある。
第１図は走査プローブ顕微鏡として模式的に湾曲バネ１を有する走査力顕微鏡
を示し、このバネはその端部で試料ホルダー２に固定連結し、接続されている。
請求の範囲
１．物体の表面に対して相対運動するように、プローブ保持部（２）に固定され
、記録・表示装置に伝送する、表面構造を特徴付ける構造信号を発生する、物体
の表面構造を原子の分解能まで検出する検出プローブ（３）を備えた走査プロー
ブ顕微鏡において、プローブ保持部と物体の間の相対運動を再現する擾乱信号を
干渉計で測定し、表示装置が構造信号のみを再現するように、この擾乱信号を構
造信号に導入し、擾乱信号を求めるため、その測定量が構造信号と無関係な干渉
計（１２）を使用することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
２．構造信号を求めるため、検出プローブ（３）を担持する湾曲バネ（１）を有
する走査力顕微鏡では、一方が湾曲バネ（１）の傾きを測定するため、また他方
が擾乱信号を測定するために使用される二つのレーザービーム干渉計）１０，１
２）が使用されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の走査プローブ顕微
鏡。[Procedure of Amendment] Article 184-8 of the Patent Act
[Submission date] December 19, 1995
[Correction contents]
Specification
Scanning probe microscope with detection probe
This invention is equipped with a probe capable of detecting the surface structure of an object down to atomic resolution.
It relates to a scanning probe microscope. This probe is fixed to the probe holder and used for detection.
It moves relative to the surface to be processed. In that case, the structural features that characterize the surface structure
Signal is generated and this signal is transmitted to the recording / display device to reproduce the signal.
Scanning probe microscopes, especially scanning tunneling microscopes or scanning force microscopes, are well known.
is there. Scanning tunneling microscopy uses the tunneling effect to recognize atomic surface structures.
Using a scanning force microscope, the van der Waals force or
Is the local change in magnetic force or electrostatic force. In both cases, probe tip is used for detection.
Probe (scanning needle) to inspect (scan) the surface of the object to be analyzed
Measure movement.
In a scanning tunneling microscope, the tunnel current is made uniform between the probe tip and the object surface.
The probe movement can be obtained by maintaining a constant value, and the probe tip can be
By applying the van der Waals force or magnetic force or electrostatic force of
Lobe movement occurs.
An interferometric laser can be used as a very sensitive detector to probe probe tip motion.
-Glass fiber interferometer (fabric
Low interferometer) is known. In this case, a glass fiber is used for the optical waveguide of the laser beam.
We are used. These glass fibers are used to direct laser light through a coupler.
A bi-directional, single-mode glass cover to guide the probe tip to scan the body surface.
Connected to the puller. In this case, the light beam is at the end of the glass fiber
And the light component reflected at the boundary between air and air, and emitted from the glass fiber and directed toward the probe surface.
The light component reflected there is separated. The glass fiber end and probe should be
The light beam component reflected by the surface of the tube enters the glass fiber again,
Placed on each other so as to interfere with the light beam component reflected at the end of the glass fiber
I have. The interference signal generated by this method is reflected by the end of the glass fiber and the probe surface
It is used as a measure of a predetermined interval between and.
Interferometric measurements of spacing changes and probe tip movements show high resolution. But minutes
Good resolving power is due to mechanical vibration of the probe holding part and mechanical
Because the disturbance vibration caused by the vibration is small or the temperature drift is different,
Will be affected. The effects of such disturbances have hitherto been expensive in vibration isolation and scanning.
It was suppressed by the compact structure of the probe microscope. But especially shocking
Air vibrations generated in the air, for example, disturbance caused by impact noise, are still sufficiently suppressed by this method.
I can't do that.
"IBM Technical Disclosure Bulletin", V
ol.35, No. 3, 1992, it is known to use a two-beam interferometer. So
In addition, according to EP A 0 361 932, the distance between the sample and the holder is compensated.
It is known to use two scan electrodes with the potential for compensation. But,
Such an arrangement requires a great deal of expense when evaluating the measured quantity to be introduced into the recording device.
I do.
The object of the present invention is to create an unavoidable disturbance between the probe and the surface of the object to be inspected.
An object of the present invention is to provide a scanning probe microscope that easily removes motion and temperature drift.
In the case of the scanning probe microscope described at the beginning, the above-mentioned problems are set forth in claim 1.
It has been resolved by the action presented. With this configuration, the output from the probe
A disturbance that records in the measurement signal the relative movement between the probe holder and the object to be inspected.
A signal is introduced. In this case, since the disturbance signal is obtained, the measurand is independent of the structural signal.
The interferometer involved is used. Only structural signals that characterize the surface structure are displayed on the display
Arrives. In this configuration, the probe of the scanning probe microscope and the object to be inspected interact with each other.
The probe and the object are subject to disturbance vibrations or temperature
With a lift, it is particularly advantageous where there is always relative movement. As a disturbance signal
It is advantageous to use signals that do not resolve the surface structure to be measured. This kind of disturbance
The signal is clearly defined as a measurand whose structural signal characterizes the surface condition of the object to be measured.
So that it can be easily overlaid with the structural signal output from the probe.
The relative motion between the probe and the object to be inspected is the intensity of the interference of the laser beam
It is effective to measure the change. The surface structure of the object has already been measured by interference.
If it is necessary to obtain the relative motion between the probe and the object by interference,
It is effective if done separately. A curved bar carrying a detection probe for determining structural signals.
In the case of a scanning force microscope equipped with a microscope, two laser beam interferometers are used, one of which is
Used to measure the tilt of a curved beam and the other to measure the disturbance signal
Claim 2. Advantageously, Both optical signals can be converted into electronic signals.
And can be introduced into a recording device for processing and displaying structural signals. But the optical signal
Can be introduced by interference, so that only structural signals can be converted to electronic form.
Can be.
Hereinafter, the present invention and other configurations of the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
I will tell. The drawings show schematic examples of scanning probe microscopes. here,
FIG. 1 shows an interferometric scanning probe microscope,
FIG. 2 shows an interferometer of the scanning probe microscope of FIG.
Figure 3 shows the distance between the optical waveguide (glass fiber) and the surface of the object to be inspected.
Change in existing light intensity,
Is shown.
FIG. 1 is a scanning force microscope having a curved spring 1 as a scanning probe microscope.
This spring is fixedly connected and connected to the sample holder 2 at its end.
The scope of the claims
1. It is fixed to the probe holder (2) so that it moves relative to the surface of the object.
, Transmitting to recording / display devices, generating structural signals characterizing surface structures, objects
Scanning probe equipped with a detection probe (3) for detecting the surface structure of a bacterium up to atomic resolution
The disturbance signal that reproduces the relative motion between the probe holder and the object
This disturbance signal is constructed so that the display device reproduces only the structural signal as measured by an interferometer.
Introduced into the generated signal to obtain the disturbance signal, the measured quantity is an interference unrelated to the structural signal.
Scanning probe microscope, characterized in that it uses a meter (12).
2. A curved spring (1) carrying a detection probe (3) is used to obtain the structural signal.
In the scanning force microscope, one measures the tilt of the bending spring (1) and the other one
, Two laser beam interferometers used to measure the disturbance signal)
2) The scanning probe microscope according to claim 1, characterized in that
mirror.